Bestimmung der Oberflächenplas onen-Resonanz mit Hilfe von örtlich oder zeitlich modifizierten Schichten Determination of the surface plas on resonance with the help of locally or temporally modified layers
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Vermessung von Oberflächenplasmonen.The invention relates to a device and a method for measuring surface plasmons.
Die Oberflächenplasmonenresonanz-Spektroskopie (engl. Surface Plasmon Resonance - SPR) beobachtet Änderungen sowohl von Dicke d als auch Brechungindex n einer dünnen Schicht eines Metalles und eventuell auf dieser aufgebrachter Schichten. Oberflächenplasmonen sind kollektive Anregungen der freien Elektronen in einem Metall, die von einem Lichtfeld, das an der Grenze der dünnen Metallschicht reflektiert wird, angeregt werden können. Die Anregung erfolgt dann, wenn sowohl Energie als auch Impuls des einfallenden Lichtfeldes mit dem der Plasmonen übereinstimmt . Die Oberflächenplasmonenresonanz kann somit sowohl mit Hilfe der Variation der Wellenlänge (Energie) des einfallenden Lichtes,
2Surface plasmon resonance (SPR) observes changes in both the thickness d and the refractive index n of a thin layer of a metal and any layers deposited thereon. Surface plasmons are collective excitations of the free electrons in a metal that can be excited by a light field that is reflected at the boundary of the thin metal layer. The excitation occurs when both the energy and the momentum of the incident light field match that of the plasmons. The surface plasmon resonance can thus both with the help of the variation of the wavelength (energy) of the incident light, 2
bei konstantem Winkel (Impuls) als auch durch Variation des Anregungswinkels bei konstanter Wellenlänge beobachtet werden. Beide Prinzipien und Apparaturen zu ihrer Verwendung werden in dem Artikel von Erwin Kretschmann, "Die Bestimmung optischer Konstanten von Metallen durch Anregung von Ober- flächenplasmasc wingungen" , Z. Physik 241, 313 - 314 (1971) beschrieben.can be observed at a constant angle (pulse) and by varying the excitation angle at a constant wavelength. Both principles and equipment for their use are described in the article by Erwin Kretschmann, "The determination of optical constants of metals by excitation of surface plasma vibrations", Z. Physik 241, 313 - 314 (1971).
Die Position der SPR im Spektrum hängt nicht allein von den Eigenschaften der plasmonentragenden Schicht des Freielek- tronenmetalles ab.The position of the SPR in the spectrum does not depend solely on the properties of the plasmon-bearing layer of the free electron metal.
Vielmehr hängt die Position der SPR und auch ihre Form von den optischen Eigenschaften des an die Oberfläche angrenzenden Mediums ab. Diese Eigenschaft wird für die Verwendung der SPR in Sensoren genutzt. Speziell in Biosensoren wird das angrenzende Medium so gestaltet, daß seine optischen Eigenschaften Dicke und Brechungsindex) durch spezifische Adsorption von Analytmolekülen modifiziert werden. Dies geschieht typischerweise dadurch, daß in einer dünnen Schicht, die unspezifische Adsorption verhindert, spezielle Ligand- Moleküle fest gebunden werden. Diese Liganden sind spezifische Bindungspartner für die zu analysierenden Moleküle. Beispielsweise ist ein solches typisches Paar ein Antikörper (Ligand) und das entsprechende Antigen (Analyt) . Auf diese Art und Weise kann mit Hilfe der Verschiebung im Spektrum oder allgemeiner Änderung der SPR auf die Anwesenheit und Konzentration von Analytmolekülen und die Bindungsmechanismen zwischen ihnen und der modifizierten Sensoroberfläche geschlossen werden. Die so erzeugten Sensoren heißen Affini- tätssensoren. Mit ihrer Hilfe kann die Reaktion zwischen Analyt in einer Probenlösung und Ligand zeitaufgelöst vermessen werden. Eine Übersicht zeigt Gunnar Brink, "Selbstorganisierte ultradünne Schichtsysteme auf Basis von Proteinen und Lipidmembrar.en; Erzeugung, Charakterisierung und Anwen- düng in der Bic≡ensorik" , VDI Verlag.
3Rather, the position of the SPR and also its shape depend on the optical properties of the medium adjacent to the surface. This property is used for the use of the SPR in sensors. Particularly in biosensors, the adjacent medium is designed so that its optical properties (thickness and refractive index) are modified by specific adsorption of analyte molecules. This is typically done by firmly binding special ligand molecules in a thin layer that prevents unspecific adsorption. These ligands are specific binding partners for the molecules to be analyzed. For example, such a typical pair is an antibody (ligand) and the corresponding antigen (analyte). In this way, the presence and concentration of analyte molecules and the binding mechanisms between them and the modified sensor surface can be concluded with the aid of the shift in the spectrum or a general change in the SPR. The sensors generated in this way are called affinity sensors. With their help, the reaction between analyte in a sample solution and ligand can be measured in a time-resolved manner. Gunnar Brink provides an overview, "Self-organized ultra-thin layer systems based on proteins and lipid membranes; generation, characterization and application in bicensor systems", VDI Verlag. 3
Die im Stand der Technik beschriebenen Sensoren und die zu Grunde liegenden Verfahren basieren auf der Beobachtung der Verschiebung der SPR entweder im Spektrum des einfallenden Lichtes oder im Anregungswinkel. Dabei hat die Verwendung eines Verfahrens, daß auf der spektralen Vermessung der SPR beruht, den Vorteil, daß der Ortsraum zur Gewinnung zusätzlicher Information zur Verfügung steht. Wird die wellenlängenaufgelöste Messung mit einer ortsaufgelösten Messung verknüpft, läßt sich die Informationsdichte deutlich erhöhen. Der Unterschied entspricht dem zwischen einem Schwarz -Weiß- Bildschirm und einem Farbbildschirm.The sensors described in the prior art and the underlying methods are based on observing the displacement of the SPR either in the spectrum of the incident light or in the excitation angle. The use of a method that is based on the spectral measurement of the SPR has the advantage that the location space is available for obtaining additional information. If the wavelength-resolved measurement is linked to a spatially resolved measurement, the information density can be increased significantly. The difference corresponds to that between a black and white screen and a color screen.
Sowohl die winkel- als auch die wellenlängenaufgelöste Vermessung von SPR benutzt die kontrollierte Veränderung (das Durchstimmen) einer äußeren Größe über die Breite der Reso- nanz oder das Einstrahlen von Licht mit der Breite der Resonanz - spektral, ca. 100 nm oder mehr, winkelaufgelöst, einige Grad - um Veränderungen der SPR zu messen. Diese Verfahren haben den Nachteil, daß sie entweder keine optimale Zeitauflösung, keine optimale Energiedichte oder keines der beiden zur Verfügung stellen können.Both the angular and the wavelength-resolved measurement of SPR use the controlled change (tuning) of an external variable across the width of the resonance or the irradiation of light with the width of the resonance - spectrally, approx. 100 nm or more, angularly resolved , a few degrees - to measure changes in SPR. These methods have the disadvantage that they either cannot provide an optimal time resolution, an optimal energy density or neither of the two.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Vermessung von Oberflächenplasmonen bereitzustellen, die eine bessere Zeitauflösung und/oder Energiedichte ermöglicht.The invention has for its object to provide a device and a method for measuring surface plasmons, which enables better time resolution and / or energy density.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.This object is achieved with the features of the claims.
Ideal unter Aspekten der Zeitauflösung und der Empfindlichkeit ist die Vermessung der SPR mit einem spektral schmal- bandigen, parallelen, konstanten Lichtstrahl hoher Intensität. Damit kann sowohl die zeitliche, als auch die Auflösung bei der Messung von Intensitäten und damit die Sensitivität optimiert werden.Measuring the SPR with a spectrally narrow-band, parallel, constant light beam of high intensity is ideal in terms of time resolution and sensitivity. This means that both the temporal and the resolution when measuring intensities and thus the sensitivity can be optimized.
Der Erfindung liegt der Grundgedanke zugrunde, die Mate- rialeigenschaften derjenigen Bereiche, die an die SPR tragende Oberfläche des SPR-Sensors (Transducers) angrenzen,
4The invention is based on the basic idea that the material properties of those areas which adjoin the surface of the SPR sensor (transducer) carrying the SPR, 4
bzw. sich so nah - +/- 5 μm - an der SPR tragenden Oberfläche befinden, daß sie die SPR signifikant beeinflußen, dergestalt zu modifizieren, daß eine räumlich oder zeitlich aufgelöste Bestimmung der Intensität der von der Oberfläche reflektierten Strahlung die Vermessung der SPR ermöglicht.or so close - +/- 5 μm - to the SPR-bearing surface that they have a significant influence on the SPR, to be modified in such a way that a spatially or temporally resolved determination of the intensity of the radiation reflected from the surface enables the SPR to be measured .
Diese Schichten können das Freielektronenmetall (Metallschicht) oder eine erste auf der Lichteinkopplungs-Seite oder eine zweite auf der Probenseite befindliche (dielektrische) Schicht sein. Die erste und zweite Schicht kann direkt an die Metallschicht angrenzen. Alternativ kann die erste oder zweite Schicht durch eine erste bzw zweite Zwischenschicht oder mehrere Zwischenschichten von der Metallschicht getrennt sein. Ebenso kann die zweite Schicht direkt an das Probenvolumen angrenzen. Es werden in erster Linie Form und Lage der SPR entweder räumlich oder zeitlich beinflußt.These layers can be the free electron metal (metal layer) or a first layer on the light coupling side or a second (dielectric) layer on the sample side. The first and second layers can directly adjoin the metal layer. Alternatively, the first or second layer can be separated from the metal layer by a first or second intermediate layer or a plurality of intermediate layers. The second layer can also directly adjoin the sample volume. The form and location of the SPR are primarily influenced either spatially or temporally.
Die Erfindung ermöglicht die oben geforderte Bestimmung der SPR sowohl mit optimaler zeitlicher (nur bei räumlich aufgelöster Bestimmung) , als auch mit optimaler Intensitätsauflösung. Außerdem besitzt sie den Vorteil, daß gegebenenfalls die übrigen räumlichen Achsen zur Gewinnung weiterer Information genutzt werden können. Dies wird in den Ausführungsbeispielen verdeutlicht. Insbesondere gestattet die Erfindung auch die Kombination von räumlich oder zeitlich aufgelösten Messungen und schmalbandiger spektraler Modulation der Lichtquelle zur Unterdrückung äußerer Störgrößen und Erzielung eines optimalen Signal- zu Rauschen-Verhältnisses. Zur räumlichen Modifikation der Transduceroberflache - genauer: von komplexen Brechnungsindex n, Dicke d oder dem Produkt n*d - stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung. Dabei kann einerseits die dünne Schicht des Freielektronenmetalls entsprechend strukturiert erzeugt oder modifiziert werden, oder auch eine oder mehrere Schichten, die an die Metallschicht mittelbar oder unmittelbar angrenzen. Techniken, die zur Modifikation zur Verfügung stehen, basieren auf der ortsaufgelösten Aufbringung von Material, wie beispielsweise ortsaufgelöste Aufsputterung von Material auf Oberflächen, oder durch Bedrucken, durch gerichtete Eindiffusion
von Fremdmaterialien, durch ortsaufgelöste Ionenimplantation, durch ortsaufgelöste fotoinduzierte Bindung oder auch durch gezielte Entfernung von Material von der Oberfläche beispielsweise durch Sputtern oder lithograpische Techniken, Plasmaätzen usw.The invention enables the above-mentioned determination of the SPR both with an optimal temporal (only with spatially resolved determination) and with an optimal intensity resolution. It also has the advantage that the other spatial axes can optionally be used to obtain further information. This is made clear in the exemplary embodiments. In particular, the invention also allows the combination of spatially or temporally resolved measurements and narrow-band spectral modulation of the light source to suppress external disturbance variables and to achieve an optimal signal-to-noise ratio. Various methods are available for spatial modification of the transducer surface - more precisely: of complex refractive index n, thickness d or the product n * d. On the one hand, the thin layer of the free electron metal can be produced or modified in a correspondingly structured manner, or one or more layers which directly or indirectly adjoin the metal layer. Techniques available for modification are based on the spatially resolved application of material, such as spatially resolved sputtering of material on surfaces, or by printing, by directional diffusion of foreign materials, by spatially resolved ion implantation, by spatially resolved photo-induced binding or also by deliberately removing material from the surface, for example by sputtering or lithographic techniques, plasma etching etc.
Eine weitere Möglichkeit zur erfindungsgemäßen räumlichen Modifikation ist die Erzeugung einer stehenden Welle - beispielsweise als Dichtemodifikation auf akustischem Wege - im Bereich des Transducers, der an die SPR-tragende Oberfläche angrenzt .A further possibility for the spatial modification according to the invention is the generation of a standing wave - for example as a density modification in an acoustic way - in the area of the transducer which adjoins the SPR-bearing surface.
Alternativ ist die Verwendung eines Materials an der Grenzfläche, dessen Brechungsindex durch Einstrahlung eines wei- teren Lichtfeldes orts- oder zeitaufgelöst modifiziert werden kann, möglich. Ein solches Material ist beispielsweise ein Farbstoff.Alternatively, it is possible to use a material at the interface whose refractive index can be modified in a spatially or time-resolved manner by irradiation with a further light field. Such a material is, for example, a dye.
Neben der Bestimmung der Oberflächenplasmonenresonanz durch räumliche Modifikation des Transducers, in dem Bereich, der empfindlich auf Form und Lage der SPR wirkt, ist auch die zeitaufgelöste Modifikation dieses Bereiches geeignet, die Detektion von SPR und die darauf basierende Sensorik zu verbessern. Unter zeitaufgelöster Modifikation wird hier ver- standen, die Änderung der Eigenschaften einer oder mehrerer Schichten, in einem SPR-Transducer, die dazu geignet sind, Form und Lage der SPR zu verändern, so durchzuführen, daß diese Änderungen reversibel sind und durch zeitliche Änderung einer äußeren Größe zustande kommen. Beispielsweise kann eine oder mehrere der beschriebenen Schichten oder der ganze Transducer komprimiert oder expandiert werden, oder die Temperatur entsprechender Bereiche kann verändert werden oder ein Lichtfeld wie oben beschrieben kann eingestrahlt werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei- spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert . Es zeigen:In addition to determining the surface plasmon resonance by spatial modification of the transducer in the area that is sensitive to the shape and position of the SPR, the time-resolved modification of this area is also suitable for improving the detection of SPR and the sensors based on it. A time-resolved modification is understood here to mean the change in the properties of one or more layers in an SPR transducer, which are suitable for changing the shape and position of the SPR, in such a way that these changes are reversible and by changing a time external size come about. For example, one or more of the layers described or the entire transducer can be compressed or expanded, or the temperature of corresponding areas can be changed or a light field as described above can be irradiated. The invention is explained below with reference to exemplary embodiments with reference to the drawing. Show it:
Figur la: einen schematischen Aufbau einer Vorrichtung zurFigure la: a schematic structure of a device for
Vermessung von SPR, Figur lb : eine schematischen Aufbau eines SPR-Sensors mit einer Konfiguration nach Kretschmann zur Anregung von SPR, Figur lc : eine Prinzipdarstellung an einem Ausschnitt einesMeasurement of SPR, Figure lb: a schematic structure of an SPR sensor with a configuration according to Kretschmann for excitation of SPR, Figure lc: a schematic diagram of a section of a
Sensors gemäß Figur lb; Figur ld: eine Diagrammdarstellung der Stärke des elektrischen Feldes E im Grenzbereich Freielektronenmetall 5/Probe 6 ; Figur le : eine schematisch Darstellung eines Schichtaufbaus des auf Gestalt und Lage der SPR wirkenden Trans- ducer-Bereiches ; Figur 2a: eine schematisch Darstellung einer Variation der Schichtdicke d des Freielektronenmetalls 5 in einem SPR-Sensor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; Figur 2b: eine schematisch Darstellung einer Variation der Schichtdicke einer zusätzlichen dielektrischen Schicht 7 zwischen Freielektronenmetall 5 und Probe 6;Sensor according to Figure lb; FIG. 1d: shows a diagram of the strength of the electric field E in the border area free electron metal 5 / sample 6; Figure le: a schematic representation of a layer structure of the transducer area acting on the shape and position of the SPR; FIG. 2a: a schematic representation of a variation of the layer thickness d of the free electron metal 5 in an SPR sensor according to a first embodiment of the invention; FIG. 2b: a schematic representation of a variation in the layer thickness of an additional dielectric layer 7 between free electron metal 5 and sample 6;
Figur 2c : eine Prinzipdarstellung einer Verschiebung eines ortsaufgelösten SPR-Signals; Figur 3 : eine Prinzipdarstellung einer Variation des Brechungsindex n des Freielektronenmetalls 5 oder einer Schicht 7, 8;Figure 2c: a schematic representation of a shift of a spatially resolved SPR signal; FIG. 3 shows a basic illustration of a variation of the refractive index n of the free electron metal 5 or of a layer 7, 8;
Figur 4 : eine Prinzipdarstellung einer zyklischen Variation der optischen Eigenschaften des Freielektronenme- talls 5 oder einer Schicht 7, 8 ; Figur 5a: eine Aufsicht auf einen kreisförmigen Transducer 2 ger.äß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ;
Figur 5b: eine schematische Anordnung verschiedener Probenkanäle 10 entlang des Radius r des kreisförmigen Transducers gemäß Figur 5a; Figur 5c: eine Prinzipdarstellung eines SPR-Signals als Funktion des Drehwinkels bei einem Transducer gemäß Figur 5a; Figur 6a: eine perspektivische Ansicht eines Sensors basierend auf der rotationsaufgelösten Messung eines SPR-Signals gemäß einer alternativen Ausführungs- form der Erfindung;FIG. 4 shows a basic illustration of a cyclic variation of the optical properties of the free electron metal 5 or a layer 7, 8; FIG. 5a: a top view of a circular transducer 2 according to a further embodiment of the invention; FIG. 5b: a schematic arrangement of different sample channels 10 along the radius r of the circular transducer according to FIG. 5a; FIG. 5c: a basic representation of an SPR signal as a function of the angle of rotation in a transducer according to FIG. 5a; FIG. 6a: a perspective view of a sensor based on the rotationally resolved measurement of an SPR signal according to an alternative embodiment of the invention;
Figur 6b: einen schematischen Aufbau einer Vorrichtung zurFigure 6b: a schematic structure of a device for
Vermessung von SPR mit einem Sensor gemäß FigurMeasurement of SPR with a sensor according to the figure
6a;6a;
Figur 7a: eine perspektivische Ansicht eines Sensors mit einer linearen Anordnung zur Bestimmung von Ana- lytkonzentrationen mit Hilfe ortsaufgelöster Messung eines SPR-Signals und Figur 7b: eine Prinzipdarstellung eines SPR-Signals als Funktion des Ortes bei einem Transducer gemäß Fi- gur 7a.7a shows a perspective view of a sensor with a linear arrangement for determining analyte concentrations with the aid of spatially resolved measurement of an SPR signal, and FIG. 7b shows a basic illustration of an SPR signal as a function of the location in a transducer according to FIG. 7a.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.Exemplary embodiments of the invention are described below.
in Figur la wird ein schematischer Aufbau eines optischen Sensors gezeigt. Es wird ein paralleler Lichtstrahl konstanter Wellenlänge aus einer Lichtquelle 1, vorzugsweise ein Laser, z.B. ein Diodenlaser, auf einen SPR-Transducer 2 eingestrahlt . Das vom Transducer abgegebene Licht wird von einem Detektor 3 erfaßt und anschließend von einer Auswerte- einheit (nicht dargestellt) ausgewertet.a schematic structure of an optical sensor is shown in FIG. A parallel light beam of constant wavelength is emitted from a light source 1, preferably a laser, e.g. a diode laser, irradiated onto an SPR transducer 2. The light emitted by the transducer is detected by a detector 3 and then evaluated by an evaluation unit (not shown).
Der Transducer 2 wird beispielsweise wie in Figur lb gezeigt in Kretschmann-Konfiguration verwendet. Der Transducer besteht aus einer Freielektronenmetallschicht 5 auf dessen lichteinkoppelnder Seite ein Glasprisma 4 angeordnet ist. Auf der Probenseite der Metallschicht 5 ist eine Probe 6 angeordnet. Der Lichtstrahl wird von einer Seite des Glaspris-
8The transducer 2 is used, for example, as shown in FIG. 1b in a Kretschmann configuration. The transducer consists of a free electron metal layer 5 on the light-coupling side of which a glass prism 4 is arranged. A sample 6 is arranged on the sample side of the metal layer 5. The light beam is emitted from one side of the glass prism 8th
mas 4, das als einkoppelndes Medium dient, auf die Oberfläche der Metallschicht 5 gerichtet. Das reflektierte Licht wird an einer gegenüberliegenden Seite des Glasprismas 4 ausgegeben. Wie aus Figur lc, die einen Auschnitt von Figur lb zeigt, hervorgeht, kommt es an der Metallschicht 5 zu einer Totalreflexion des Lichtes. In der Metallschicht 5 und der angrenzenden Probe bildet sich ein evaneszentes Feld, welches an der gegenüberliegenden Seite der Metallschicht Oberflä- chenplasmonen anregt. Der entsprechende Feldverlauf der Oberflächenplasmonen ist in Figur ld gezeigt . Unter bestimmten Bedingungen kommt es zu einer Oberflächenplasmonenresonanz (SPR) . Abhängig von den Verhältnissen an der Probenseite ändert sich diese SPR. Diese Änderung wird für Auswer- tung der Probe verwendet.mas 4, which serves as a coupling medium, directed onto the surface of the metal layer 5. The reflected light is output on an opposite side of the glass prism 4. As can be seen from FIG. 1c, which shows a section of FIG. 1b, there is a total reflection of the light on the metal layer 5. An evanescent field is formed in the metal layer 5 and the adjacent sample, which excites surface plasmons on the opposite side of the metal layer. The corresponding field course of the surface plasmons is shown in FIG. 1d. Surface plasmon resonance (SPR) occurs under certain conditions. This SPR changes depending on the conditions on the sample side. This change is used for the evaluation of the sample.
Wie in Figur le dargestellt, kann der Transducer 2 aus mehreren übereinanderangeordneten Schichten bestehen. Auf der lichteinkoppelnden Seite ist eine erste dielektrische Schicht 7 angeordnet, die direkt oder wie dargestellt über eine oder mehrere erste Zwischenschichten 7a an der Metallschicht 5 angrenzt. In gleicher Weise ist an der Probenseite eine zweite Schicht 8 direkt angrenzend oder durch eine oder mehrere zweite Zwischenschichten 8a getrennt angeordnet.As shown in FIG. 1e, the transducer 2 can consist of several layers arranged one above the other. A first dielectric layer 7 is arranged on the light-coupling side, and adjoins the metal layer 5 directly or as shown via one or more first intermediate layers 7a. In the same way, a second layer 8 is arranged directly adjacent to the sample side or separated by one or more second intermediate layers 8a.
Der Aufbau oder die Oberfläche des erfindungsgemäßen Transducers ist dergestalt, daß entlang mindestens einer seiner Achsen die Dicke mindestens einer der Schichten variiert . Die übrigen Schichten sind jeweils gleichmäßig dick. Alternativ oder zusätzlich variiert der Brechungsindex bei minde- stens einer der genannten Schichten.The structure or the surface of the transducer according to the invention is such that the thickness of at least one of the layers varies along at least one of its axes. The remaining layers are equally thick. Alternatively or additionally, the refractive index varies in at least one of the layers mentioned.
Figur 2a zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Transducers gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei diesem SPR-Sen- sor variiert die Dicke der Schicht des Freielektronenmetalls 5 in y-Richtung. In dem Beispiel nimmt die Dicke von links (von der ersten Seite der Prismas) nach rechts (zu der zweiten Seite des Prismas) gesehen linear von 40 auf 50 nm zu.
Als Freielektronenmetall wird beispielsweise Gold oder Silber verwendet .Figure 2a shows a preferred embodiment of a transducer according to the present invention. With this SPR sensor, the thickness of the layer of free electron metal 5 varies in the y direction. In the example, the thickness increases linearly from 40 to 50 nm from the left (from the first side of the prism) to the right (to the second side of the prism). Gold or silver, for example, is used as the free electron metal.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, die in Figur 2b gezeigt ist, varriert die Dicke einer auf der Probenseite einer Goldschicht 5 befindlichen dünnen Glasschicht 8 in y-Richtung des Transducers . Bei dem Beispiel ändert sich die Dicke linear von 20 auf 100 nm. Die Dicke der Goldschicht 5 ist bei diesem Beispiel einheitlich. Alternativ kann die Dicke der Goldschicht ebenfalls variieren.In an alternative embodiment of the invention, which is shown in FIG. 2b, the thickness of a thin glass layer 8 located on the sample side of a gold layer 5 varies in the y-direction of the transducer. In the example, the thickness changes linearly from 20 to 100 nm. The thickness of the gold layer 5 is uniform in this example. Alternatively, the thickness of the gold layer can also vary.
Die Intensität des von der Transduceroberflache reflektierten Lichtes wird mit einem Detektor 3 gemessen, der so gestaltet ist, daß er mindestens in einer Dimension ortsaufge- löste Messungen gestattet. Der Detektor ist beispielsweise ein Photodiodenarray, das in y-Richtung angeordnet wird. Das resultierende Signal ist eine ortsaufgelöste SPR. Ändern sich die optischen Eigenschaften der an die Goldschicht (Figur 2a) oder an die Glasschicht (Figur 2b) angrenzenden Schicht 6, verschiebt sich die SPR wie in Figur 2 c schematisch dargestellt. Die Verschiebung ist beispielsweise ein Maß für die in der angrenzenden Schicht gebundenen Analytatome .The intensity of the light reflected from the transducer surface is measured with a detector 3, which is designed in such a way that it permits measurements with spatial resolution in at least one dimension. The detector is, for example, a photodiode array that is arranged in the y direction. The resulting signal is a spatially resolved SPR. If the optical properties of the layer 6 adjoining the gold layer (FIG. 2a) or the glass layer (FIG. 2b) change, the SPR shifts as shown schematically in FIG. 2c. The shift is, for example, a measure of the analyte atoms bound in the adjacent layer.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Der optische Aufbau entspricht dem Ausführungsbeispiel von Figur lb . Die Transducer-Oberflache ist so gestaltet, daß der Brechungsindex n der Schicht des Freielektronenmetalls 5 oder einer anderen Schicht 7, 8 entlang einer Transducer- achse, wie im Diagramm dargestellt, zunimmt. Das resultierende Signal ist wie in den Ausführungsbeispielen von Figur 2a und 2b eine ortsaufgelöste SPR. Eine Kombination der Ausführungsbeispiele von Figur 2a bzw. 2b mit dem von Figur 3, bei der die optischen Eigenschaf en dem Produkt aus Dicke d und Brechungsir.dex n entsprechen, führt zu einem entsprechenden Effekt.
10Figure 3 shows a further embodiment of the invention. The optical structure corresponds to the exemplary embodiment in FIG. 1b. The transducer surface is designed such that the refractive index n of the layer of free electron metal 5 or another layer 7, 8 increases along a transducer axis, as shown in the diagram. As in the exemplary embodiments in FIGS. 2a and 2b, the resulting signal is a spatially resolved SPR. A combination of the exemplary embodiments of FIGS. 2a and 2b with that of FIG. 3, in which the optical properties correspond to the product of thickness d and refractive index.dex n, leads to a corresponding effect. 10
In dem Ausführungsbeispiel von Figur 4 erfolgt die Variation der optischen Eigenschaften d*n der plasmonen-tragenden Schicht 5 oder einer anderen Schicht 7, 8 zyklisch. Das Produkt n*d gibt die Variation der Dicke d und/oder des Bre- chungsindex n an, die in y-Richtung des Transducers vorhanden ist. Die Amplitude der zyklischen Modifikation der optischen Eigenschaften ist vorzugsweise gerade so groß, daß in einer Periode die komplette SPR überstrichen wird. Diese zyklische Variation kann z.B. entsprechend einer sägezahn- förmigen Funktion, einer Dreiecks-Funktion, einer Sinusfunktion oder beispielsweise einer Funktion sein, die das Ober- flächenplasmon auf eine der genannten Funktionen abbildet.In the exemplary embodiment in FIG. 4, the optical properties d * n of the plasmon-bearing layer 5 or another layer 7, 8 are varied cyclically. The product n * d indicates the variation in the thickness d and / or the refractive index n that is present in the y-direction of the transducer. The amplitude of the cyclic modification of the optical properties is preferably just large enough to sweep the entire SPR in one period. This cyclic variation can e.g. corresponding to a sawtooth-shaped function, a triangular function, a sine function or, for example, a function which maps the surface plasmon to one of the functions mentioned.
Das zugrunde liegende Koordinatensystem ist nicht unbedingt ein rechtwinkliges, wie in Figuren 1 bis 4 angegeben. Es kann beispielsweise auch eine kreisförmiger Transducer verwendet werden - Figur 5a. Dann ist die entsprechende Koordinate in den obenbeschriebenen Ausführungsbeispielen nicht mehr y sondern der Drehwinkel und die ortsaufgelöste Mes- sung der Intensität mit Hilfe einer Diodenzeile oder einer Kamera kann durch Detektion mit einer Photodiode und gleichzeitige Drehung des kreisförmigen Transducers erfolgen. Ein solcher Aufbau ist in Figur 5a gezeigt. Die Rotation kann gleichförmig oder auch stufenweise erfolgen. Bei gleichför- miger Rotation und zum Beispiel einer Oberfläche, die so gestaltet ist, daß bei einer vollständigen Drehung das Plasmon gerade auf eine Periode einer Sinusfunktion abgebildet wird, kann das Signal ' der Photodiode gerade bei der Rotationsfrequenz ausgelesen werden. Eine Verschiebung der SPR kann dann beispielsweise als Phasenverschiebung gemessen werden. Vorzugsweise wird dazu gleichzeitig mit dem eigentlichen Meßsignal ein Referenzsignal konstanter Phase aufgenommen und mit Hilfe einer PLL-Schaltung (Phase Locked Loop) ein Vergleich durchgeführt. Wie bereits oben gesagt kann die zweite Dimension der Trans- ducer-Oberflache dazu verwendet werden, weitere Informationen über die zu untersuchende Probe zu liefern. Beispiels-
11The underlying coordinate system is not necessarily a rectangular one, as shown in Figures 1 to 4. For example, a circular transducer can also be used - FIG. 5a. Then the corresponding coordinate in the exemplary embodiments described above is no longer y but the angle of rotation and the spatially resolved measurement of the intensity with the aid of a diode line or a camera can be carried out by detection with a photodiode and simultaneous rotation of the circular transducer. Such a structure is shown in Figure 5a. The rotation can be uniform or stepwise. In gleichför- miger rotation and for example, a surface which is designed such that the plasmon is being mapped to a period of a sine function in a complete rotation, the signal 'of the photodiode can be read out just when the rotation frequency. A shift in the SPR can then be measured, for example, as a phase shift. For this purpose, a reference signal of constant phase is preferably recorded simultaneously with the actual measurement signal and a comparison is carried out with the aid of a PLL circuit (phase locked loop). As already mentioned above, the second dimension of the transducer surface can be used to provide further information about the sample to be examined. Example 11
weise kann entlang der x-Achse (siehe Figur lb) oder des Radius r (siehe Figur 5b) in einem Affinitätssensor unterschiedliche Liganden für verschiedene Analyte oder Liganden unterschiedlicher Affinität für einen oder mehrere Analyte aufgebracht werden. Beispielsweise kann aber auch die Konzentration der Liganden an der Oberfläche entlang der x- Achse oder von r variiert werden. Ebenso kann eine Anzahl verschiedener Probenkanäle, die entsprechend verlaufen (in Figur 5b in Form von konzentrischen Kreisen) , mit verschie- denen Proben verwendet werden.Different ligands for different analytes or ligands of different affinity for one or more analytes can be applied in a affinity sensor along the x-axis (see FIG. 1b) or the radius r (see FIG. 5b). For example, the concentration of the ligands on the surface can also be varied along the x-axis or from r. Likewise, a number of different sample channels, which run correspondingly (in the form of concentric circles in FIG. 5b), can be used with different samples.
Entsprechend den obigen Ausführung und den dort beschriebenen Verfahren und allgemeinen Ausführungsformen können insbesondere sehr stark vereinfachte Affinitätssensoren reali- siert werden. Insbesondere können völlig neuartige Geräte für die Verwendung als diagnostische Affinitätssensoren realisiert werden. Zwei dieser Geräte werden im folgenden als bevorzugte Aus ührungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Figuren 6 und 7 beschrieben.In accordance with the above embodiment and the methods and general embodiments described there, very greatly simplified affinity sensors can be implemented. In particular, completely new devices can be implemented for use as diagnostic affinity sensors. Two of these devices are described below as preferred embodiments of the invention with reference to FIGS. 6 and 7.
Das hier beschriebene und in Figur 6 schematisch gezeigte Gerät basiert auf der Verwendung einer kreisförmigen Trans- ducer-Oberflache mit konzentrischen halbkreisförmigen Probenkanälen 10. Als Lichtquelle 1 dient eine Laserdiode oder beispielsweise eine Leuchtdiode, deren spektrale Breite durch Verwendung eines optischen Filters eingeschränkt wird oder irgendeine andere Lichtquelle mit einer spektralen Breite, die klein gegenüber der spektralen Breite des Ober- flächenplasmons bei konstantem Einfallswinkel des anregenden Lichtes ist oder eine Lichtquelle, die mit einem spektralen Filter, wie einem Monochromator versehen ist. Bei einer Re- sonanzwellenlänge von ca. 780 nm, einer ca. 50 nm dicken, ebenen Goldschicht als Transducer-Oberflache und entsprechendem Einstrahlungswinkel ist die SPR ca. 100 nm breit (2*FWHM - Füll Width Half Minimum) . Eine LED in diesem Wellenlängenbereich mit einer spektralen Breite des abgestrahlten Lichtes von ca 15 nm - 30 nm ist bereits klein genug um
12The device described here and shown schematically in FIG. 6 is based on the use of a circular transducer surface with concentric semicircular sample channels 10. A laser diode or, for example, a light-emitting diode serves as light source 1, the spectral width of which is restricted by the use of an optical filter or any other another light source with a spectral width that is small compared to the spectral width of the surface plasmon with a constant angle of incidence of the exciting light, or a light source that is provided with a spectral filter, such as a monochromator. With a resonance wavelength of approx. 780 nm, an approx. 50 nm thick, flat gold layer as transducer surface and the corresponding radiation angle, the SPR is approx. 100 nm wide (2 * FWHM - Fill Width Half Minimum). An LED in this wavelength range with a spectral width of the emitted light of approx. 15 nm - 30 nm is already small enough 12
eine entsprechende Vermessung des Oberflächenplasmons zu ermöglichen.to enable a corresponding measurement of the surface plasmon.
Für eine höhere Genauigkeit der Vermessung der SPR wird vorzugsweise eine wesentlich schmalbandigere Lichtquelle ver- wendet. Eine solche Lichtquelle ist eine Laserdiode, die bei der genannten Wellenlänge mit einer spektralen Breite von ca. 1 pm oder weniger leuchtet. Das eingestrahlte Licht wird möglichst parallel aufgebracht. Vorzugsweis ist das Maß für eine tolerierbare Abweichung von der Parallelität die Breite der SPR im Winkelraum bei konstanter Wellenlänge des einfallenden Lichtes. Diese Breite beträgt bei den o. g. Bedingungen ca. 2 Winkelgrad, so daß ein Lichtstrahl einen Konvergenz- bzw. Divergenzwinkel von ca. 0,5° oder weniger aufweisen sollte. Die geforderte Parallelität bezieht sich auf den Einstrahlwinkel in der Reflektionsebene . Dieser parallele, monochromatische Lichtstrahl wird beispielsweise mit Hilfe einer Strahlformungsoptik 11 aus Zylinderlinsen in der Richtung senkrecht zur Reflektionsebene aufgeweitet, ~so daß ein "Lichtvorhang" entsteht. Der so gestaltete Lichtstrahl wird in ein Zylinderprisma 12 beispielsweise aus BK7-Glas eingekoppelt. Dieses Zylinderprisma ist so angeordnet, daß an seiner Basis eine Scheibe beispielsweise ebenfalls mit einer BK7 -Oberflache als Kopplungsschicht 13 rotierend vorbeistreicht. Zwischen der Basis des Prismas und der ro- tierenden Scheibe ist eine Schicht zur Brechungsindexanpas- sung 14 beispielsweise Silikonöl gebracht. Statt einer Flüssigkeit kann beispielsweise auch ein Kissen aus Silikonkautschuk zwischen Prisma und rotierender Scheibe zur Brechungsindexanpassung verwendet werden. Auf der Seite, die dem Prisma gegenüberliegend angeordnet ist, trägt die Scheibe eine Schicht eines Freielektronenmetalls 5 beispielsweise Gold und möglicherweise einer oder mehrerer weiterer Schichten 7, 8 beispielsweise Glas und Dextran. Diese sind entsprechend der obigen Ausführungen so modifiziert, daß die SPR eine Funktion des Rotationswinkels ist. Entlang des Radius dieser Scheibe sind gegenüber des Prismas Kammern oder Kanäle 10 angeordnet, die verschiedene Proben 6
13For a higher accuracy of the measurement of the SPR, a much narrower band light source is preferably used. Such a light source is a laser diode that shines at the wavelength mentioned with a spectral width of approximately 1 pm or less. The incident light is applied as parallel as possible. The measure for a tolerable deviation from parallelism is preferably the width of the SPR in the angular space at a constant wavelength of the incident light. Under the above conditions, this width is approximately 2 degrees, so that a light beam should have a convergence or divergence angle of approximately 0.5 ° or less. The required parallelism relates to the angle of incidence in the reflection plane. This parallel, monochromatic light beam is widened, for example by means of a beam forming optics 11 of cylindrical lenses in the direction perpendicular to the reflection plane, ~ so that a "light curtain" is formed. The light beam designed in this way is coupled into a cylindrical prism 12, for example made of BK7 glass. This cylindrical prism is arranged in such a way that a disc, for example also with a BK7 surface, rotates past as a coupling layer 13 at its base. A layer for refractive index adjustment 14, for example silicone oil, is placed between the base of the prism and the rotating disk. Instead of a liquid, for example, a cushion made of silicone rubber between the prism and the rotating disk can also be used to adjust the refractive index. On the side which is arranged opposite the prism, the disk carries a layer of a free electron metal 5, for example gold, and possibly one or more further layers 7, 8, for example glass and dextran. These are modified in accordance with the above statements so that the SPR is a function of the angle of rotation. Along the radius of this disk, chambers or channels 10 are arranged opposite the prism, the various samples 6 13
enthalten. Diese Kanäle können über einen großen Winkelbereich ausgedehnt sein. Sie dienen zunächst der Funktionali- sierung der Sensoroberfläche, d. h. mit Hilfe einer bestimmten Abfolge chemischer Reaktionen werden Liganden an der Sensoroberfläche immobilisiert. Anschließend können die zu untersuchenden Proben aufgebracht werden. Wie bereits gesagt können die Kanäle über einen großen Bereich des Rotationswinkels Φ ausgedehnt sein. Sinnvoll ist aber auch eine Abfolge von verschiedenen Kammern beispielsweise mit Probe und Pufferlösung. Wobei u. U. die Anordnung des kompletten Systems dergestalt sein kann, daß die eigentliche Intensitätsmessung immer in einem Bereich mit Pufferlösung geschieht, da das SPR-Signal in Affinitätssensoren immer auch abhängig ist, von den optischen Eigenschaften des Mediums, das an die sensitive Oberfläche angrenzt. Das reflektierte Licht wird entlang des Radius r der Rotation ortsaufgelöst detektiert, beispielsweise mit Hilfe eines Photodioden- arrays, einer CCD-Zeile oder einer Kamera. Die Information über Form und Lage erhält man nun für jeden einzelnen Kanal zeitaufgelöst, entsprechend der Rotation der Transducer- Scheibe . Ist man nur an der Lage der SPR interessiert, ist bei entsprechender Gestaltung der Oberfläche (Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4) die ausschließliche Bestimmung der Phase eines periodischen SPR-Signals ausreichend. Steht zur Messung genügend Zeit zur Verfügung, ist auch eine schrittweise Abtastung der SPR-Signale aus den einzelnen Kanälen denkbar. Auf diese Weise ist die Synergie mit der modernen CD-Player-Technclogie umfassend.contain. These channels can be extended over a wide angular range. They first serve to functionalize the sensor surface, ie. H. With the help of a certain sequence of chemical reactions, ligands are immobilized on the sensor surface. The samples to be examined can then be applied. As already said, the channels can be extended over a large range of the rotation angle Φ. A sequence of different chambers, for example with a sample and buffer solution, is also useful. Where u. U. The arrangement of the complete system can be such that the actual intensity measurement always takes place in an area with buffer solution, since the SPR signal in affinity sensors is always dependent on the optical properties of the medium that is adjacent to the sensitive surface. The reflected light is detected with spatial resolution along the radius r of the rotation, for example with the aid of a photodiode array, a CCD line or a camera. The information on shape and position is now obtained for each individual channel in a time-resolved manner, corresponding to the rotation of the transducer disc. If you are only interested in the position of the SPR, the appropriate determination of the phase (exemplary embodiment according to FIG. 4), the determination of the phase of a periodic SPR signal is sufficient. If enough time is available for the measurement, a step-by-step sampling of the SPR signals from the individual channels is also conceivable. In this way, the synergy with the modern CD player technology is extensive.
Das mit Bezug auf Figur 6 beschriebene Ausführungsbeispiel eines SPR-Systems eignet sich zur simultanen Bestimmung einer Vielzahl von Analyten und beispielsweise ihrer Konzentrationen. Die Zahl der unabhängig ermittelbaren Information hängt lediglich von der Möglichkeit ab, Systeme zur Handha- bung der Proben mit genügender Packungsdichte zu erzeugen, die Oberfläche mit entsprechender Auflösung modifizieren zu
14The exemplary embodiment of an SPR system described with reference to FIG. 6 is suitable for the simultaneous determination of a large number of analytes and, for example, their concentrations. The number of information that can be determined independently depends only on the possibility of generating systems for handling the samples with a sufficient packing density and modifying the surface with a corresponding resolution 14
können und eine entsprechende Ortsauflösung für die optische Detektion zur Verfügung zu stellen.can and provide a corresponding spatial resolution for optical detection.
In Figur 7 ist ein alternatives System gezeigt, welches ähnlich, wie das aus dem Ausführungsbeispiel von Figur 6 die notwendige Ortsauflösung für die erfindungsgemäße SPR-Meß- technik aus der Bewegung des Transducer-Chips oder der Transducer-Scheibe gewinnt. Dieses System zeichnet sich insbesondere durch einen einfachen Aufbau aus. Außerdem ist die erforderliche Energie für die Bewegung des Transducers gering. Zum Betreiben der Lichtquelle 1, des Detektors 3 und der Auswerte- und Anzeigeeinheiten ist ebenfalls eine geringe Energie erforderlich. Das System kann mit einer Batterie betrieben werden. Vorzugsweise kann die Energie aus der Umsetzung von mechanischer oder aus Lichtenergie gewonnen werden. Dies ermöglicht den netzunabhängigen Betrieb des Gerätes. Es werden nur wenige parallele Kanäle verwendet. Als mögliche Bewegungsform kommt hier neben der Rotation des Transducers 2 insbesondere die lineare Verschiebung des Transducers in Richtung der SPR-Achse in Frage, die den Status einer erfolgten Reaktion nach einer bestimmten Zeit - beispielsweise nach Erreichen des Gleichgewichts der entsprechenden Reaktion - abfragt. Ein solches System kann beispielsweise zur Selbstüberwachung von Patienten mit Krank- heiten verwendet werden, bei denen krisenhafte Komplikationen durch Überwachen (Monitoren) bestimmter Faktoren beispielsweise im Serum vorhergesagt werden können. Damit kann der Patient entsprechend frühzeitig gegensteuern. Das System beinhaltet insbesondere einen optischen Aufbau entsprechend dem Ausführungsbeispiel von Figur 1. Der Trans- ducer-Chip wird entlang der y-Achse bewegt. Die Bewegung erfolgt beispielsweise getrieben von einer Feder, die einfach, beispielsweise durch Drehung (Unruhe) oder durch Auseinanderziehen oder Zusammendrücken gespannt wird. Beispiels- weise wird mit der gleichen Bewegung oder einer zweiten Bewegung eine weitere Feder gespannt, die die Energie zum Betrieb der Lichtαuelle, des Detektors, und der elektronischen
15FIG. 7 shows an alternative system which, similar to that from the exemplary embodiment in FIG. 6, obtains the spatial resolution required for the SPR measurement technology according to the invention from the movement of the transducer chip or the transducer disk. This system is particularly characterized by a simple structure. In addition, the energy required to move the transducer is low. Low energy is also required to operate the light source 1, the detector 3 and the evaluation and display units. The system can be operated with a battery. The energy can preferably be obtained from the conversion of mechanical energy or from light energy. This enables the device to be operated independently of the mains. Only a few parallel channels are used. In addition to the rotation of the transducer 2, the possible movement form here is in particular the linear displacement of the transducer in the direction of the SPR axis, which queries the status of a reaction after a certain time - for example after the equilibrium of the corresponding reaction has been reached. Such a system can be used, for example, for self-monitoring of patients with diseases in which crisis-related complications can be predicted by monitoring (monitors) certain factors, for example in the serum. This enables the patient to take countermeasures at an early stage. The system includes, in particular, an optical structure in accordance with the exemplary embodiment in FIG. 1. The transducer chip is moved along the y axis. The movement takes place, for example, driven by a spring that is simply tensioned, for example by rotation (restlessness) or by pulling apart or compressing it. For example, with the same movement or a second movement, a further spring is tensioned, which uses the energy to operate the light sources, the detector and the electronic ones 15
Auswerte- und Anzeigeeinrichtungen zur Verfügung stellt. Alternativ wird die elektrische Energie zum Betrieb des Detek- tionssystems mit Hilfe eines photovoltaischen Systems, einer Batterie oder eines Akkumulators zur Ladung über das elek- trische Netz zur Verfügung gestellt.Provides evaluation and display facilities. Alternatively, the electrical energy for operating the detection system is made available with the aid of a photovoltaic system, a battery or an accumulator for charging via the electrical network.
Die Messung in verschiedenen Kanälen erfolgt entweder durch Vervielfachung des optischen und/oder des elektrischen Meßsystems oder durch zeitversetzte Beobachtung der verschiedenen Kanäle, oder durch Verwendung einer Lichtquelle die entsprechend dem Ausführungsbeispiel von Figur 6 in einen Lichtvorhang entlang der y-Achse abgebildet wird und dann entweder zeitversetzt mit einem Photodetektor oder simultan mit Hilfe mehrerer Photodioden, einer Photodiodenzeile, einer CCD-Zeile oder einer angepaßten Anordnung von Photode- tektoren vermessen wird. Die Modifikation der Oberfläche kann wie in den bisherigen Beispielen vorgeschlagen, bestimmten kontinuierlichen Funktionen folgen, aber auch stufenförmig sein. Letztere Oberflächenmodifikation ist insbesondere dann mit großem Nutzen einsetzbar, wenn eine JA/NEIN-Antwort gefordert wird, wie dies häufig der Fall in diagnostischen Systemen ist. Ein Teil der Oberfläche (A) ist so gestaltet, daß im Normalzustand die reflektierte Intensität minimal (klein) ist, dagegen in einem anderen Teil der Oberfläche (B) die reflektierte Intensität groß ist - A=0, B=l -. Weicht der Zustand nun stark von der Normalität ab, wird die Intensität bei A groß und bei B klein A=l, B=0. Unter Umständen können auch die Zustände A=0, B=0 und A=l, B=l zur Darstellung von Information genutzt werden.The measurement in different channels is carried out either by multiplying the optical and / or the electrical measuring system or by time-delayed observation of the different channels, or by using a light source which is imaged in a light curtain along the y-axis in accordance with the exemplary embodiment of FIG. 6 and then either time-shifted with a photodetector or simultaneously with the aid of several photodiodes, a photodiode line, a CCD line or an adapted arrangement of photodetectors. The modification of the surface can follow certain continuous functions, as suggested in the previous examples, but can also be step-like. The latter surface modification is particularly useful when a YES / NO answer is required, as is often the case in diagnostic systems. Part of the surface (A) is designed so that in the normal state the reflected intensity is minimal (small), whereas in another part of the surface (B) the reflected intensity is large - A = 0, B = 1 -. If the state now deviates strongly from normality, the intensity becomes large at A and small at B A = 1, B = 0. Under certain circumstances, the states A = 0, B = 0 and A = 1, B = 1 can also be used to display information.
Die Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren 1 bis 7 beschreiben die orstaufgelöste Messung von SPR beziehungsweise darauf beruhender technischer Geräte. Entsprechend dem bereits oben gesagten können die dazu notwendigen örtlichen Variationen der Schichten 5, 7 und 8 durch entsprechende reversi- ble zeitliche Modifikationen ersetzt werden. Möglichkeiten dazu sind insbesondere Brechungsindexvariationen einer oder mehrerer entsprechend gestalteter Schichten 5, 7 und 8 durch
16The exemplary embodiments according to FIGS. 1 to 7 describe the spatially resolved measurement of SPR or technical devices based thereon. In accordance with what has already been said above, the necessary local variations of layers 5, 7 and 8 can be replaced by corresponding reversible temporal modifications. Options for this are, in particular, variations in the refractive index of one or more appropriately designed layers 5, 7 and 8 16
Einstrahlung starker Lichtfelder, Einkopplung von Dichtefluktuationen oder Temperaturänderungen. Das resultierende SPR-Signal wird entsprechend zeitlich aufgelöst gemessen und seine Form und Lage bei Bestrahlung mit parallelem, monochromatischen Licht bezüglich der Zeitachse bestimmt und als Information in entsprechenden Sensorsystemen verwendet.
Irradiation of strong light fields, coupling of density fluctuations or temperature changes. The resulting SPR signal is measured in a temporally resolved manner and its shape and position when irradiated with parallel, monochromatic light is determined with respect to the time axis and used as information in corresponding sensor systems.
1717
BezugszeichenlisteReference list
5 1. Lichtquelle5 1. Light source
2. Transducer2. Transducer
3. Detektor3. Detector
4. Einkoppelndes Medium 5. Freielektronenmetall4. Coupling medium 5. Free electron metal
10 6. Probe10 6th rehearsal
7. Dielektrische Schicht (lichteinkopplungsseitig) 7a. Zwischenschichten (lichteinkopplungsseitig)7. Dielectric layer (light coupling side) 7a. Intermediate layers (light coupling side)
8. Dielektrische Schicht (probenseitig) 8a. Zwischenschichten (probenseitig)8. Dielectric layer (sample side) 8a. Intermediate layers (sample side)
I5 9. Kreisförmiger TransducerI 5 9. Circular transducer
10. Probenkanäle10. Sample channels
11. Strahlformungsoptik11. Beam shaping optics
12. Zylinderprisma12. Cylinder prism
13. Koppelschicht13. Coupling layer
20 14. Brechungsindex anpassende Schicht20 14. Refractive index matching layer
2525
3030
35
35